Περιβαλλοντική Χημεία - Γεωχημεία. Διαφάνειες 6 οσ Μαθήματος Γαλάνη Απ. Αγγελική, Χημικός Ph.D. Ε.ΔΙ.Π.

Transcript

1 Περιβαλλοντική Χημεία - Γεωχημεία Διαφάνειες 6 οσ Μαθήματος Γαλάνη Απ. Αγγελική, Χημικός Ph.D. Ε.ΔΙ.Π.

2 ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ Δλώ ε ζεξκνδπλακηθή πξνβιέπεη ηελ ηειηθή θαηάζηαζε ελόο ζπζηήκαηνο ε θηλεηηθή πξνβιέπεη αλ ην ζύζηεκα ζα θηάζεη ζηελ θαηάζηαζε απηή ζε ινγηθό ή όρη ρξνληθό δηάζηεκα. Μηα ζεηξά παξαγόλησλ επεξεάδνπλ ηελ ηαρύηεηα κηαο αληίδξαζεο Τν πην αξγό ζηάδην είλαη απηό πνπ θαζνξίδεη ηελ ηαρύηεηα Σηιιηκαλίηεο θαη θπαλίηεο πνιύκνξθα ηνπ Al 2 SiO 5. Γηαζπάηαη πξώηα ν ζηιιηκαλίηεο ζρεκαηίδνληαο άιια νξπθηά θαη αθνινπζεί Ο ζρεκαηηζκόο ηνπ θπαλίηε. Τν πην αξγό Δίλαη ην ζηάδην θαζνξηζκνύ ηεο ηαρύηεηαο Σπγθέληξωζε αληηδξώληωλ, πίεζε εθόζνλ έλα ηνπιάρηζηνλ από ηα αληηδξώληα είλαη αέξην, επηθάλεηα επαθήο ζηεξεώλ ζεξκνθξαζία, αθηηλνβνιίεο, θαηαιύηεο

3 Οκνγελείο θαη εηεξνγελείο αληηδξάζεηο Δηεξνγελήο είλαη ε ηζνξξνπία ηεο νπνίαο όια ηα ζπζηαηηθά δελ βξίζθνληαη ζηελ ίδηα θάζε KClO 4(s) + 2C (s) KCl (s) + 2CO 2(g) s : solid ζηεξεά g : gas αέξηα l : liquid πγξά g : gas αέξηα aq : aqueous εθπδαηωκέλα Οκνγελήο νλνκάδεηαη όηαλ όια ηα ζπζηαηηθά βξίζθνληαη ζηελ ίδηα θάζε N 2(g) + O 2(g) 2NO (g) Έζηω ε ζπκπύθλωζε ηωλ πδξαηκώλ ζηελ αηκόζθαηξα - Αλ ε ζπκπύθλωζε ηωλ πδξαηκώλ γίλεηαη απεπζείαο από ηελ αέξηα θάζε νκνγελήο ε αληίδξαζε, (αέξηα κόλν), - Αλ γίλεηαη ζε ζηεξεό ε αληίδξαζε εηεξνγελήο, (ζηεξεά θαη αέξηα)

4 Τάμε αληίδξαζεο Τάμε αληίδξαζεο, γηα κηα ζηνηρεηώδε αληίδξαζε, νλνκάδεηαη ν αξηζκόο ησλ δηαθξηηώλ κνξίσλ ή αηόκσλ πνπ κεηέρνπλ ζηελ αληίδξαζε. Αλαθέξεηαη ή ζε έλα ζπζηαηηθό ή ζην ζύλνιν ηεο αληίδξαζεο Α + Β ΑΒ Ζ αληίδξαζε είλαη 1 εο ηάμεο σο πξνο Α θαη Β θαη δεύηεξεο ηάμεο ζπλνιηθά Α + 2Β C Ζ αληίδξαζε είλαη 1 εο ηάμεο σο πξνο Α θαη C δεύηεξεο ηάμεο σο πξνο ην Β θαη 3 εο ζπλνιηθά Χξόλνο εκηδωήο αληίδξαζεο t 1/2 Φξόλνο εκηδσήο είλαη ν ρξόλνο πνπ απαηηείηαη γηα λα θαηαλαισζεί ην κηζό ελόο αληηδξώληνο ηεο αληίδξαζεο

5 log ηαρύηεηαο [A] Μεδεληθή ηάμε Ζ ηαρύηεηα ηεο αληίδξαζεο είλαη αλεμάξηεηε ηεο ζπγθέληξσζεο ηνπ αληηδξώληνο (Α) da/dt = -K A = A 0 K t t 1/2 =(0,5A 0 )/ K logηαρύηεηαο =logk t logk log [A]

6 log ηαρύηεηαο [A] Ζ ηαρύηεηα ηεο αληίδξαζεο εμαξηάηαη από ηε ζπγθέληξσζε ηνπ αληηδξώληνο Α Β da/dt = -KA lna = lna 0 K t t 1/2 =0,693/K 1 ε ηάμε t logηαρύηεηαο = logk + log[a] log [A] logk

7 log ηαρύηεηαο [A] Ζ ηαρύηεηα ηεο αληίδξαζεο εμαξηάηαη από ηε ζπγθέληξσζε ηνπ αληηδξώληνο 2Α Β da/dt = -KA 2 lna = lna 0 K t 1/Α = 1/Α ν - Κt t 1/2 = 1 / (KA 0 ) 2 ε ηάμε log [A] logk t logηαρύηεηαο = logk + 2log[A]

8 Δμίζωζε Arrhenius Κ = Αexp(-E α )/RT Α: πξνεθζεηηθόο παξάγνληαο πεηξακαηηθά πξνζδηνξηδόκελνο θαη ζρεηηθά αλεμάξηεηνο ηεο ζεξκνθξαζίαο Δ α : ε ελέξγεηα ελεξγνπνίεζεο R: ε ζηαζεξά ησλ ηδαληθώλ αεξίσλ Τ: ε ζεξκνθξαζία ζε βαζκνύο =Κέιβηλ logk =loga - E α /(2,303RT) 0Δλέξγεηα ζπζηήκαηνο A + B Α + Β Γ + Γ ΓG AB E α Πνξεία αληίδξαζεο Δ α ε ελέξγεηα ελεξγνπνίεζεο ΓG r Γ + Γ

9 Πυρηνοποίηση Οκνγελήο ππξελνπνίεζε Σρεκαηίδεηαη όηαλ έλαο ππξήλαο ζρεκαηίδεηαη απζόξκεηα ζε έλα ππεξθνξεζκέλν δηάιπκα. Απαηηεί πνιύ πςειόηεξν βαζκό θνξεζκνύ από ηελ εηεξνγελή Δηεξνγελήο ππξελνπνίεζε Δκθαλίδεηαη όηαλ νη ππξήλεο ζρεκαηίδνληαη ζε επαθή κε κηα επηθάλεηα ζπλήζσο ζηεξεή. Διεύζεξε ελέξγεηα ζρεκαηηζκνύ θάπνηνπ ππξήλα ζπλδπαζκόο Τεο ελέξγεηαο πνπ θεξδίδεηαη από ην ζρεκαηηζκό ησλ δεζκώλ θαη Τεο ελέξγεηαο πνπ απαηηείηαη γηα ηε δεκηνπξγία ηεο επηθάλεηαο. ΓG ππξ = ΓG ζπλ + ΓG επηθ

10 Διεύζεξε ελέξγεηα ππξελνπνίεζεο Ταρύηεηα ζρεκαηηζκνύ ππξήλωλ Αξρέο Πεξηβαιινληηθήο Γεσρεκείαο G. NELSON EBY (Drever 1997) (+) Ταρύηεηα ππξελνπνίεζεο = Ā exp(-γg 0 /K B T) 0 ΓG o (-) Αθηίλα ππξήλα Διεύζεξε ελέξγεηα ππξελνπνίεζεο ζπλαξηήζεη ηεο αθηίλαο ηνπ ζσκαηηδίνπ. Γηα κεγαιύηεξεο αθηίλεο ε ΓG ππξ κεηώλεηαη θαη γίλεηαη ηειηθά αξλεηηθή κε απνηέιεζκα ηελ απζόξκεηε ππξελνπνίεζε

11 Γηαιπηνπνίεζε θαη αλάπηπμε Πόζν γξήγνξα ζα αλαπηπρζεί έλα ζσκαηίδην εθόζνλ έρεη δεκηνπξγεζεί ν ππξήλαο; Δίλαη ζπλάξηεζε Τεο ηαρύηεηαο πνπ ηα ηόληα ή ηα ζύκπινθα κόξηα δηαρένληαη κέζα ζην πγξό πξνο ηελ επηθάλεηα ηνπ ζσκαηηδίνπ πνπ αλαπηύζζεηαη Τεο ηαρύηεηαο κε ηελ νπνία ηόληα ή κόξηα πξνζθνιιώληαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζσκαηηδίνπ πνπ αλαπηύζζεηαη Έλα από ηα πξναλαθεξόκελα ζα απνηειέζεη ην θαζνξηζηηθό βήκα γηα ηελ ηαρύηεηα Καηά ηε δηαιπηνπνίεζε ηνπ ηδήκαηνο πηζαλά λα ππάξμεη δώλε αληίδξαζεο κεηαμύ επηθάλεηαο αξρηθνύ θόθθνπ θαη δηαιύκαηνο Γηάιπκα Γηάρπζε Αξρέο Πεξηβαιινληηθήο Γεσρεκείαο G. NELSON EBY (Drever 1997) Δπηθάλεηα αληίδξαζεο Εώλε αληίδξαζεο Γηάρπζε Οξπθηό Έρνληαο ζα δεδνκέλε ηε κηθξή ηαρύηεηα δηάρπζεο ζα ππάξμεη ζηηγκή πνπ ην πάρνο ηεο δώλεο αληίδξαζεο ζα γίλεη ηόζν κεγάιν ώζηε ε ηαρύηεηα δηάρπζεο ησλ ζπζηαηηθώλ κέζσ απηήο ηεο δώλεο λα απνηειέζεη ην ξπζκηζηηθό βήκα γηα ηελ ηαρύηεηα

12 Δξσηήζεηο Πξνβιήκαηα Βηβιίνπ: «Αξρέο Πεξηβαιινληηθήο Γεσρεκείαο», G. NELSON EBY Μεηάθξαζε Δπηζηεκνληθή Δπηκέιεηα Νίθνο Ληδάθεο Σεκαληήξεο, Γέζπνηλα Πεληάξε 1. Ζ βαθηεξηαθή αλαγσγή ηεο νξγαληθήο ύιεο ζε ζαιάζζηα ηδήκαηα κειεηήζεθε από ηνλ Berner (1981). Σηνλ πίλαθα πνπ αθνινπζεί παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα ηεο κειέηεο γηα ηε δηαθύκαλζε ησλ ζεηηθώλ ζαλ ζπλάξηεζε ηνπ ρξόλνπ; ( 37 ε 2 νπ θεθαιαίνπ)

13 SO 4 2- (mmol L -1) Γηαιπκέλα ζεηηθά ωο πξνο ην ρξόλν γηα ζαιάζζηα Ιδήκαηα α. Απεηθνλίζηε γξαθηθά ηα δεδνκέλα β. Πνηα είλαη ε ηάμε ηεο αληίδξαζεο γ. Υπνινγίζηε ηελ ηαρύηεηα ηεο αληίδξαζεο Χρόνος (ημέρες)